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Edifici in c.a. esistenti

Corso diRiabilitazione Strutturale

POTENZA, a.a. 2011 – 2012

Edifici in c.a. esistenti

Metodi di adeguamento

tradizionali

Dott. Marco VONADiSGG, Università di

[email protected]

http://www.unibas.it/utenti/vona/

Incamiciatura totale di Pilastri

Incamiciatura in c.a.

CAPACITÀ DELLA SEZIONE INCAMICIATAI valori della capacità da adottare nelle verifiche sono quellicalcolati con riferimento alla sezione incamiciata (adottando leipotesi semplificative prima indicate) ridotte secondo leespressioni seguenti:

• resistenza a taglio �� RR V9.0V~ =


• resistenza a taglio ��

• resistenza a flessione ��

• deformabilità allo snervamento ��

• deformabilità ultima ��

RR V9.0V =

yy M9.0M~ =

yy 9.0~ θ=θ

uu~ θ=θ

RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALII valori da impiegare per le resistenze dei materiali saranno:

a) per l’acciaio esistente, la resistenza ottenuta come media delleprove eseguite in sito e da fonti aggiuntive di informazione,divisa per il fattoredi confidenzaappropriatoin relazioneal


divisa per il fattoredi confidenzaappropriatoin relazionealLivello di Conoscenza raggiunto e, solo nel calcolo di ,divisa anche per il coefficiente parziale

b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, la resistenzadi calcolo

RV~

RESISTENZE DI CALCOLO DEI MATERIALI

I valori da impiegare per le resistenze dei materiali nel calcolodel valore di da usare per la valutazione del taglio agentesu elementi/meccanismi fragili saranno:

yM~

a) per l’acciaio esistente,la RESISTENZA MEDIA ottenuta


a) per l’acciaio esistente,la RESISTENZA MEDIA ottenutadalle prove eseguite in sito e da fonti aggiuntive diinformazione, moltiplicata per il fattore di confidenzaappropriato in relazione al Livello di Conoscenza raggiunto

b) per i materiali aggiunti, calcestruzzo ed acciaio, il valoreCARATTERISTICO DELLA RESISTENZA

OBIETTIVI

Può essere applicata principalmente a pilastrio pareti perconseguire tutti o alcuni dei seguenti obiettivi:

• aumento della resistenza a taglio;

• aumentodellacapacitàdeformativa;

Incamiciatura in acciaio

• aumentodellacapacitàdeformativa;

• miglioramento dell’efficienza delle giunzioni persovrapposizione;

• aumento della capacità portante verticale (confinamento)

AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIO

Il contributo della camicia alla resistenza a taglio può essereconsiderato aggiuntivo alla resistenza preesistente purché lacamicia rimanga interamente in campo elastico

Tale condizioneè necessariaaffinchéessalimiti l’ampiezzadelle


Tale condizioneè necessariaaffinchéessalimiti l’ampiezzadellefessure e assicuri l’integrità del conglomerato, consentendo ilfunzionamento del meccanismo resistente dell’elementopreesistente

AUMENTO DELLA RESISTENZA A TAGLIOSe la tensione nella camicia è limitata al 50% del valore disnervamento l’espressione della resistenza a taglio aggiuntivaofferta dalla camicia vale:

ds

btfV j

ywj

25.0=


dove: sdove:

tj, b, ssono rispettivamente spessore, larghezza e interasse dellebande (b/s= 1 nel caso di camicie continue)

d è l’altezza della sezione

fyw è la resistenza di calcolo a snervamento dell’acciaio

si assume la inclinazione delle lesioni per taglio pari a 45°

AZIONE DEL CONFINAMENTO

L’effetto di confinamento di una camicia inacciaio si valuta come per le staffe, conriferimento alla percentuale geometrica diarmatura presente in ciascuna delledirezionitrasversali.


direzionitrasversali.

CLS Confinatof ’cc

εc0Deformazione

Te

nsi

on

e d

i co

mp

ress

ion

e

εsp εcuεcc

Ec

Esec

f ’c

2εc0

CLS Non Confinato

CONFINAMENTO �� Incremento resistenza

+=

86,0

c

yccc

5,07,31

f

fff ssn ραα Resistenza del

calcestruzzo confinato fcc

− fc è la resistenza del calcestruzzo non confinato− f è la resistenzaa snervamentodegli elementidi armatura


− fy è la resistenzaa snervamentodegli elementidi armaturatrasversale

− ρs è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con:� ρs = 2 (b+h) ts / (b h) nel caso di camicie continue (ts =

spessore della camicia, b e h = dimensioni della sezione)� ρs = 2 As (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (As =

area trasversale della banda, s = passo delle bande),− αn ed αs sono, rispettivamente, i fattori di efficienza del

confinamento nella sezione e lungo l’elemento

CONFINAMENTO �� fattori di efficienza

( ) ( )bh

RhRbn 3

221

22 −+−−=α

)2

'1)(

2

'1(

h

s

b

ss −−=α


− R è il raggio di arrotondamento (eventuale)degli spigoli della sezione (in presenza diangolari R può essere assunto pari al minore trala lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lospessore degli stessi)

− b, h sono le dimensioni della sezione

− s’ = (s - hs), con è hs altezza delle bandediscontinue (se la camicia è continua si assumes’ = 0)

1,5

+=

86,0

c

y

c

cc5,0

7,31f

f

f

f ssn ραα

f = 300MPa s’=100 – 350 mm

Sezione quadrata 300x300

Sezione rettangolare 300x600

Azione di confinamento

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

0 50 100 150 200 250 300 350 400

s'

fcc/fc

fy = 300MPa s’=100 – 350 mm

1,5




+=

86,0

c

y

c

cc5,0

7,31f

f

f

f ssn ραα

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

200 250 300 350 400 450 500 550

fy

fcc/fc

fy =250 – 500 Mpas’ = 150 mm

1,5R è assunto pari al minore tra la lunghezza del lato degli angolari e 5 volte lo




+=

86,0

c

y

c

cc5,0

7,31f

f

f

f ssn ραα

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

15 25 35 45 55 65

R

fcc/fc

fy = 300 MPa

s’ = 150 mm

R = 20 – 60 mm

spessore degli stessi (t)

t = 5 mm

CONFINAMENTO �� incremento deformazione ultima

cc

yscu

5.05,0004,0

f

fsn ρααε += Deformazione ultima

calcestruzzo confinatoεcu

− fcc è la resistenza del calcestruzzo confinato

− fy è la resistenza a snervamento degli elementi di armaturatrasversale


trasversale

− ρs è il rapporto volumetrico di armatura trasversale, con:

� ρs = 2 (b+h) ts / (b h) nel caso di camicie continue (ts = spessore dellacamicia, b e h = dimensioni della sezione)

� ρs = 2 As (b+h) / (b h s) nel caso di bande discontinue (As = areatrasversale della banda, s = passo delle bande),

− αn ed αs sono, rispettivamente, i fattori di efficienza delconfinamento nella sezione e lungo l’elemento

MIGLIORAMENTO DELLE GIUNZIONI

Le camicie in acciaio possono fornire un’efficace azione diserraggio nelle zone di giunzione per aderenza. Per ottenerequesto risultato occorre che:

• la camicia si prolunghi per una lunghezza pari almeno al 50%dellalunghezzadellazonadi sovrapposizione;


dellalunghezzadellazonadi sovrapposizione;• nella zona di sovrapposizione la camicia è mantenuta aderente

in pressione contro le facce dell’elemento mediante almenodue file di bulloni ad alta resistenza;

• nel caso in cui la sovrapposizione sia alla base del pilastro, lefile di bulloni devono venire disposte una alla sommità dellazona di sovrapposizione, l’altra ad un terzo dell’altezza di talezona misurata a partire dalla base.

Angolari e calastrelli (SJ) Angolari e nastri (CAM)


Il rinforzo CAM viene realizzato usando 4angolari in acciaio con spigoli arrotondati enastri in acciaio inox ad alta resistenza

Rinforzo con il sistema CAM


I nastri vengono posti inopera intorno ai 4opera intorno ai 4angolari utilizzando unaapposita macchina ingrado di fornire una pre-trazione misurabile ainastri in modo daprodurre un lieve stato diprecompressione

Aumento della resistenza dei PILASTRI


Calastrelli da saldare agli angolari

H = 90 mm

Spessore t = 8 mm

40

Superficie omogeneizzata con malta

a ritiro compensato

Trave 30x50

250

250

250

210

90

160

90

160

90

160

90

120

90

Rinforzo con angolari e profili d’acciaio

a ritiro compensato

2550

562

Trave 30x50

Angolari in acciaio posti in opera su

superficie trattata con malta a ritiro

compensato

250

250

250

250

250

250

90

160

90

160

90

160

90

160

90

160

90

160

profili d’acciaio



Rinforzo con angolari e profili d’acciaio o nastri

Solaio

Angolari e calastrelli in acciaioo nastri in acciaio inox

profili d’acciaio o nastri in acciaio inox




Rinforzo con angolari e profili d’acciaio o nastri


Solaio

profili d’acciaio o nastri in acciaio inox


Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati


La posizione dei bulloni e deirelativi fori nella direzionelongitudinale del profilo deveessere decisa in opera dal

AngolariAngolari

essere decisa in opera dalD.L. dopo aver valutatoeventualmente anchemediante pacometro/radar laposizione delle armaturelongitudinali delle travisottostanti

Angolari

Angolari saldati e bullonati

opzione 2

Angolari

Barre filettate opportunamentedimensionate

opzione 1

Dettagli del collegamento al passaggio tra gli impalcati


trave in c.a.sezione trasversale

e angolari in acciaiocamicia con calastrelli

pilastro esistente

camicia con calastrellie angolari in acciaio

resina epossidica

fondazione in c.a.barra filettata

Aumento della resistenza dei PILASTRIRinforzo con angolari e profili d’acciaio


8 562

600

300

262

8

Riempimento con malta a ritiro compensato

TRAVI: tecnica del Beton Plaquè

Taglio


Flessione

Flessione

TaglioTaglio e flessione

TRAVI: Placcaggio con piatti d’acciaio


100

300

200

3050

100

300

200 100 100

300

200 100

300

200 100100 100

Superficie omogeneizzata con

malta a ritiro compensato

241

Angolari in acciaio incollati

con resina epossidica

Piastre da incollare con

resina epossidica

H = 100 mm

Spessore t = 6 mm

TRAVI: Placcaggio con piatti d’acciaio


300 Unione bullonata

Classe bullone 5.6

diametro d= 16mm 27

Sezione in corrispondenza

dell'unione bullonata Vista dal bassoPilastro

27

Riempimento con malta aritiro compensato

6241

500

2626

Angolare incollato con

resina epossidica

spessore t= 6mm

Larghezza ali L= 60mm

Superficie omogeneizzata con

malta a ritiro compensato

NODI: incamiciatura totale


Iniezioni delle lesioni

Interventi di riparazione

Ripristino del copriferro e trattamento delle armature


PILASTRI: Riparazione senza aumento di sezione


TRAVI: Riparazione senza aumento di sezione


Iniezioni delle lesioni


Rinforzo mediante incamiciatura della tamponatura

Interventi di rinforzo TELAI

Rinforzo con profilati d’acciaio

Interventi di rinforzo TELAI

SOLAI: Rinforzo mediante soletta collaborante

Interventi di rinforzo locale

Nuova soletta di spessore 4cm in clsstrutturale alleggerito con nuova reteelettrosaldata Ø6/15

CONNETTORI

CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTIDANNEGGIATE E/O DEGRADATE

CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO

SOLAI: Rinforzo mediante piatti di acciaio o fibre

Interventi di rinforzo locale

CALCESTRUZZO ALLEGGERITO NUOVO

CALCESTRUZZO ESISTENTE. RIMOZIONE DELLE PARTIDANNEGGIATE E/O DEGRADATE

Strisce di ACCIAIO o FRP (30x1,2mm)

Tecnica Caratteristiche

Incamiciatura in acciaio Facilità e rapidità di applicazioneCosti limitati

Presso il Laboratorio di Strutture dell’Università di Basilicatasono state sperimentate alcune tecniche per il rinforzo di colonnein c.a., tipiche di edifici non antisismici degli anni ’50 – ‘60

CONFRONTO TECNICHE DI RINFORZO COLONNE IN C.A.

Costi limitatiConfinamento Passivo (Attivo)

Incamiciatura CAM Facilità e rapidità di applicazioneTotale reversibilitàConfinamento Attivo

Fasciatura FRP Relativa facilità di applicazioneResistenza alla corrosioneCosti elevatiConfinamento Passivo

Caratteristiche dei provini Non Armati� CLS di scarsa qualità fcm < 15 N/mm2

rappresentativo delle tipiche condizionidi edifici esistenti italiani degli anni‘50-’60

Caratteristiche della sperimentazione

Caratteristiche dei provini Armati

� CLS di scarsa qualità fcm < 15 N/mm2

� 4 barre f =12 mm(fyk = 320 N/mm2)

� Armatura trasversale (staffeφ 6/120mm)

− Il rinforzo SJ è stato realizzato conpiatti in acciaio (50x5 mm) saldatia 4 angolari ad L lunghi 750 mm

− È stato usato un acciaio dolcetipicamente impiegato in Italia(tensionedi snervamentougualea

Incamiciatura in acciaio (Campione SJ)

(tensionedi snervamentougualea330 N/mm2)

− In accordo con la praticacostruttiva tipica, i piatti non sonostati pre-riscaldati (confinamentopassivo)

− Il rinforzo FRP è stato realizzatoutilizzando 1 foglio con fibre dicarbonio (CFRP) eseguendo unasovrapposizione pari a 100 mmsialungo l’altezza che lungo il perimetrodella colonna

Fasciatura FRP (Campione FRP)

− Prima di incollare i fogli gli angolidelle colonne sono stati accuratamentearrotondati

− Il rinforzo CAM è stato realizzatousando 4 angolari in acciaio conspigoli arrotondati e nastri in acciaioinox ad alta resistenza (spessore 0.9mm, larghezza 19 mm, interasse 40mm)

Incamiciatura in acciaio (Campione CAM)

− I nastri vengono posti in operaintorno ai 4 angolari utilizzando unaapposita macchina in grado di fornireuna pre-trazione misurabile ai nastriin modo da produrre un lieve stato diprecompressione

Risultati dei test: Provini Non Rinforzati (NS)

I test hanno mostrato che la rottura siè sempre localizzata nella parte altadelle colonne. Probabilmente talemeccanismo è causato delle modalitàdi getto del cls (in casseformeverticali)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

mm

kN

COL R-NS

Risultati dei test: Provini Rinforzati (SJ)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

mm

kN

COL R-SJ

Le colonne rinforzate conincamiciatura in acciaio (SJ)hanno mostrato un significativoincremento della resistenza e dellacapacità duttile

Risultati dei test: Provini Rinforzati (FRP)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

mm

kN

COL R-FRP

Le colonne rinforzate con FRPhanno mostrato un buonincremento della resistenza ed unlimitato incremento della capacitàduttili

Risultati dei test: Provini Rinforzati (CAM)

Le colonne rinforzate con CAMhanno mostrato una limitata perditadella loro capacità resistente anchecon spostamenti molto elevati (finoa 40-50 mm)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

mm

kN

COL R-CAM

COL Reinforced

5

10

15

20

25

Str

es

s (N

/mm

2 )

R-SJ

R-FRP

R-CAM

R-NS

FRP

CAM

SJLe colonnerinforzate con FRPmostrano limitatiincrementi dellaresistenza e delladuttilità

Colonne armate: Curve inviluppo dei test ciclici

0

5

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

Strain

NS

Valore Pmax PmaxSPmax SPmax

Medio [kN] Pmax,NS [mm] SPmax,NS

R_NS 802.6 1 3.86 1

R_FRP 1073.9 1.34 7.26 1.88

R_CAM 1327.6 1.65 7.86 2.04

R_SJ 1314.0 1.64 9.05 2.34

duttilità

Le colonne rinforzate con SJe CAM mostranosignificativi incrementi dellaresistenza e della duttilità


s’ = 150 mms = 200 mm

Caratteristiche dei campioni

fy = 330 MPa

f = 12,5 MPa

Confronto tra sperimentazione e norme (SJ)

fc = 12,5 MPa

fcc,sper= 17,9 MPa

fcc,norm= 17,1 MPa


s’ = 21 mms = 400 mm

Caratteristiche dei campioni

fy = 780 MPa

f = 12,5 MPa

Confronto tra sperimentazione e norme (CAM)

fc = 12,5 MPa

fcc,sper= 19,1 MPa

fcc,norm= 20 MPa

Stato di fatto

EDIFICI ESISTENTI: adeguamento Giunti

• Ridurre il più possibile gli effetti indesiderati (locali e globali)di irregolarità strutturale che danno luogo a consistentiincrementi delle sollecitazioni

• Adeguare il giunto di dilatazione termica esistente etrasformarloin ungiuntoefficaceai fini delleazionisismiche

Criteri generali di intervento

trasformarloin ungiuntoefficaceai fini delleazionisismiche

• Adeguare gli elementi strutturali alle richieste imposte dallapresenza di azioni sismiche orizzontali mediante:

− Inserimento di nuovi elementi in c.a.

− Rinforzo di alcuni elementi mediante FRP

− Rinforzo di alcuni elementi con incamiciatura in c.a.

Regolarizzazione in pianta mediante la realizzazione di opportuni tagli strutturali


Solidarizzazione dei giunti strutturali esistenti

Ipotesi A


Giunti di dilatazione termica esistenti

Ipotesi A


SolaioGiunto esistente

Ipotesi A


Angolari e calastrelliin acciaio o nastri inacciaio inox

Solaio

Giunto esistente richiusomediante clacestruzzo adelavata fluidità previapreparazione, ripulituradelle superifici edapplicazione aggrappanteper riprese di getto

Angolari e calastrelliin acciaio o nastri inacciaio inox

Angolari e calastrelli inacciaio con

Ipotesi A



dell'unione bullonata


dell'unione bullonata

Calcestruzzo colato per la

richiusura del giunto esistente

Riempimento con malta a

ritiro compensato

Angolare incollato con

resina epossidica

Perforazione armata

φ 16 / 33cm

Realizzazione di nuovi giunti strutturali sismici

Ipotesi B


Realizzazione di nuovi giunti

Ipotesi B


NuovoGiunto

20Giunto esistente

70

57

FASE 1.Demolizione pilastro e messa a nudo dellearmature delle travi

Ipotesi B


70

Nuovo Giunto

70

FASE 2. Preparazione delle armature delle travi

Le armature esistenti delle travidovranno essere rimesse a nudo ecollegate all'interno del nuovo pilastro.Dovranno essere eseguite ancheperforzioni armate necessarie acollegare il vecchio cls delle travi con ilnuovo pilastro

FASE 3. Messa in opera nuove carpenterie metalliche edesecuzione getto di calcestruzzo

il bordo della trave esistente saràinserito per almeno 3 cm allinterno delnuovo pilastro avendo cura di ripulire lasuperficie della sezione della trave eeseguire un trattatamento con idoneoaggrappante

3

Ipotesi C


Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistentimediante l’inserimento di dispositivi STU (ShockTransmission Unit)

Progetto finale


− Adeguamento dei giunti di dilatazione termica esistentimediante l’inserimento di dispositivi STU (ShockTransmission Unit)

− Rinforzo globale

− Rinforzo locale

Demolizioni

Esecuzione dell’intervento: Demolizioni strutturali

Demolizioni necessarie a facilitare l’inserimento di nuovi elementi in c.a.

Isolamento alla base

ISOLAMENTO ALLA BASESTRUTTURA TRADIZIONALE

Isolamento alla base

Esempio di inserimento di isolatori in un edificio esistente

Controventi dissipativi

Struttura con Controventi dissipativi

Struttura senzaControventi dissipativi

Controventi dissipativi

Adeguamento sismico della Scuola Elementare D. Viola Potenza

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